深入浅出话VC++(2)——MFC的本质

一、引言

上一专题中，纯手动地完成了一个Windows应用程序，然而，在实际开发中，我们大多数都是使用已有的类库来开发Windows应用程序。MFC（Microsoft Foundation Class, 微软基础类库）是微软为了简化程序员的开发工作而将Windows API 封装到C++类中，利用这些类，程序员可以有效地完成Windows平台下应用程序的开发。本专题将详细剖析它。

二、利用向导创建一个MFC程序

用于帮助有效地开发Windows应用程序的类库除了MFC外，还有其他开源类库提供，比如说QT，只是QT不是微软开发的罢了，为了更好地剖析MFC，下面让我们用Visual Studio中的MFC模板和向导工具来创建一个基于MFC的单文档（SDI）应用程序。

1. 启动Visual studio 2010，单击文件（FIle）菜单——>新建项目——>项目，在出现的项目窗口中选择Visual C++ 语言，然后选择MFC应用程序，并输入项目的名称为SDIMFC，具体如下图所示。

　　

　　2.　输入项目名称后点击确定按钮，将出现MFC应用程序向导窗口，点击下一步，应用程序类型选择：单个文档，如下图所示：

　　　　

　　3. 点击下一步，出现MFC向导的第三个对话框，复合文档支持保持默认选择，然后在出现的对话框中一直点击下一步来完成一个单文档MFC应用程序的创建。下面，按下Ctrl+F5来运行MFC应用程序，之后将看到我们创建的MFC应用程序界面，具体如下图所示：

在上面的程序中，我们并没有编写任何代码，运行它后就生成了一个带标题栏，系统菜单，具有最大化、最小化框和一个可调边框的应用程序，这一切的工作都是由MFC的向导工具帮我们完成，即该向导工具为我们生成了很多代码，下面就以这个简单的MFC程序来分析下MFC框架。

三、MFC框架详细解析

我们看下用MFC向导工具帮我们生成的哪些代码。你可以在VS中点击类视图选项卡（如果VS界面上没有看到类视图的，可以通过菜单栏视图—>类视图的方式显示出来），就可以看到如下图所示的类。

从上图可以发现，在MFC中，类的命名都是以字母“C”开头的，这种命名方式只是一种约定，让开发人员很快识别出该类是否属于MFC类库中的类。从图片可以看到，前面创建的单文档应用程序中有15个类，但这里我们只分析4个基本类，因为这4个基本类是每个Windows应用程序都会包含的，这4个类是：CMainFrame类、C+工程名(SDIMFC)+App类、C+工程名+Doc类（即CSDIMFCDoc类）和CSDIMFCView类（也是C+工程名+View的结构）。这4个类的基类都是MFC中类，基类的查看可以通过在VS类视图点击图标。关于MFC中类图层次结构图可以参考MSDN：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ws8s10w4.aspx，下图（摘自MSDN）很好地诠释了MFC中层次结构图类别。

3.1 MFC应用程序中的WinMain函数

前面对我们创建的MFC应用程序结构进行了一个简单的介绍，下面让我们深入剖析MFC应用程序的实现原理，在前一专题讲到，所有Window下窗口应用程序都要遵循这样一个过程：程序首先进入WinMain函数，然后设计窗口类、注册窗口类、创建窗口、显示和更新窗口、最后进入消息循环，将消息传递给窗口过程函数进行处理。然后在MFC应用程序中，我们使用VS的查找工具在MFC项目中查看WinMain函数却找不到，再查看CreateWindow函数也找不到，那么是不是MFC应用程序不需要WinMain函数，不需要创建窗口吗？这个疑问答案肯定是否定的，因为MFC应用程序一样是Windows应用程序，所以一定遵循上一专题介绍的过程，只是MFC提供的类帮我们对这些类进行了封装，这些函数都存在于MFC的源代码中，下面我们一起去找找程序的入口WinMain函数。

既然WinMain函数存在与MFC源码中，自然我们就要知道MFC源码在哪里了，在安装Visual studio的时候，我们已经安装了MFC的源代码，具体路径为：VS的安装路径VCatlmfcsrcmfc，如果你本机把VS安装到D:Program Files(x86)的话，则MFC源代码路径在：D:Program Files (x86)Microsoft Visual Studio 10.0VCatlmfcsrcmfc。 下面利用Windows搜索工具查看WinMain函数的存在那个C++类中，在搜索之前，需要设置下Windows搜索工具，默认情况下，Windows搜索工具搜索内容在没有索引的位置，只搜索文件名的，这里需要设置为搜索文件名和内容，具体设置如下图所示（Win7下选择工具—>文件夹选项即可显示下图）：

设置完成之后，在搜索框中输入WinMain，你将看到如下图所示的一个搜索结果：

WinMain函数的实现实际在appmodul.cpp文件里，用VS打开该cpp文件，你将看到WinMain函数的定义：

extern "C" int WINAPI
_tWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
    _In_ LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
#pragma warning(suppress: 4985)
{
    // call shared/exported WinMain
    return AfxWinMain(hInstance, hPrevInstance, lpCmdLine, nCmdShow);
}

上面代码中是_tWinMain函数啊，并不是我要的WinMain函数的，难道是找错了吗？对于这个疑问，答案也是否定的，我们没有找错，这里_tWinMain是一个宏定义，按F12即可以看到它代表的是WinMain。宏定义源码如下（存在于tchar.h头文件中）：

/* Program */

#define _tmain      main
// 宏定义
#define _tWinMain   WinMain

为了证明我们找到的WinMain正是我们需要找到的入口函数，我们可以在appmodul.cpp文件中_tWinMain函数中设置一个断点，然后按下F5按钮运行SDIMFC程序，我们发现，SDIMFC程序会在我们刚才设置的断点处停下来，具体如下图所示：

我们已经找到了WinMain函数在MFC中的实现了，但是并没有弄明白，我们创建的MFC程序是如何调用appmodul.cpp中的_tWinMain函数的，即程序中的MFC类如何与WinMain函数联系起来的呢？下面就让我们看看CSDIMFCApp类（至于为什么想到该类，因为其后缀为App，即应用程序，所以猜测程序在进入WinMain函数之前会先进入该类），在类视图中双击该类将在VS中看到该类的定义，从类定义可以知道，CSDIMFCApp类继承于CWinAppEx类，CWinAppEx类又继承于CWinApp，为了证明在WinMain函数之前先执行了CSDIMFCApp类中代码，我们在CSDIMFCApp类中的构造函数设置一个断点，然后按F5再运行下该程序，将发现程序首先停在CSDIMFCApp类的构造函数处，然后进入到_tWinMain函数（该断点是我们之前设置的断点）。这里又引起另外一个疑问了——为什么程序会首先调用CSDIMFCApp的构造函数呢？既然构造函数被调用了，肯定定义了该类的一个对象，然后，我们可以发现在CSDIMFCApp类中，定义了一个CSDIMFCApp类型的全局对象theApp，存在于SDIMFC.cpp文件中，具体定义代码如下：

// 唯一的一个 CSDIMFCApp 对象
CSDIMFCApp theApp; // 初始化对象，这种方式为调用类的无参数构造来初始化，所以会调用类的无参构造函数

然后我们在这个全局对象处设置一个断点，然后再按F5调试运行下该程序，你将发现程序执行的顺序为：theApp全局对象—>CSDIMFCApp构造函数(调用派生类的构造函数之前会调用其父类的构造函数)—>_tWinMain函数。在MFC程序中，theApp对象是用来唯一标识应用程序实例的，每个MFC程序有且仅有一个应用程序对象（这里为theApp对象）。

3.2 设计和注册窗口类

现在我们已经找到MFC中的WinMain函数了，根据前一专题的内容，接下来就是找到MFC应用程序中的窗口类和注册窗口类的代码，在上一专题中，窗口类和注册都是在WinMain函数中定义的，下面让我们看下MFC中WinMain函数都帮我们封装了什么，在MFC中的WinMain函数中只是简单对AfxWinMain函数进行调用，下面让我们看看AfxWinMain具体代码：

// AfxWinMain函数
int AFXAPI AfxWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
    _In_ LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
    ASSERT(hPrevInstance == NULL);

    int nReturnCode = -1;
    CWinThread* pThread = AfxGetThread();
    CWinApp* pApp = AfxGetApp();

    // AFX internal initialization
    if (!AfxWinInit(hInstance, hPrevInstance, lpCmdLine, nCmdShow))
        goto InitFailure;

    // App global initializations (rare)
    if (pApp != NULL && !pApp->InitApplication())
        goto InitFailure;

    // Perform specific initializations
    if (!pThread->InitInstance())
    {
        if (pThread->m_pMainWnd != NULL)
        {
            TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: Destroying non-NULL m_pMainWnd
");
            pThread->m_pMainWnd->DestroyWindow();
        }
        nReturnCode = pThread->ExitInstance();
        goto InitFailure;
    }
       // PThread->Run函数是完成消息循环任务的
    nReturnCode = pThread->Run();

InitFailure:
#ifdef _DEBUG
    // Check for missing AfxLockTempMap calls
    if (AfxGetModuleThreadState()->m_nTempMapLock != 0)
    {
        TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: Temp map lock count non-zero (%ld).
",
            AfxGetModuleThreadState()->m_nTempMapLock);
    }
    AfxLockTempMaps();
    AfxUnlockTempMaps(-1);
#endif

    AfxWinTerm();
    return nReturnCode;
}

上面代码首先调用AfxGetThread函数获得一个指向CWinThread类型的指针，然后再调用了AfxGetApp函数获得一个指向CWinApp类型的指针，再继续调用AfxWinInit函数进行AFX(以AFX为前缀的函数为应用程序框架函数,Application Framework)内部初始化，接着pApp调用InitApplication函数，该函数主要完成MFC内部管理方面的工作，该函数为虚函数，在CWinApp中的实现为（函数实现代码查找按照前面介绍的方式进行查看）：

// 主要完成MFC内部管理工作
BOOL CWinApp::InitApplication()
{
    if (CDocManager::pStaticDocManager != NULL)
    {
        if (m_pDocManager == NULL)
            m_pDocManager = CDocManager::pStaticDocManager;
        CDocManager::pStaticDocManager = NULL;
    }

    if (m_pDocManager != NULL)
        m_pDocManager->AddDocTemplate(NULL);
    else
        CDocManager::bStaticInit = FALSE;

    LoadSysPolicies();

    return TRUE;
}

接着继续调用pThread的InitInstance函数，按F12可知，该函数声明为虚函数，根据类的多态性，这里AfxWinMain函数中调用的InitInstance函数为调用子类CSDIMFCApp的InitInstance函数，该函数的定义代码为：

/ CSDIMFCApp 初始化
BOOL CSDIMFCApp::InitInstance()
{
    // 如果一个运行在 Windows XP 上的应用程序清单指定要
    // 使用 ComCtl32.dll 版本 6 或更高版本来启用可视化方式，
    //则需要 InitCommonControlsEx()。否则，将无法创建窗口。
    INITCOMMONCONTROLSEX InitCtrls;
    InitCtrls.dwSize = sizeof(InitCtrls);
    // 将它设置为包括所有要在应用程序中使用的
    // 公共控件类。
    InitCtrls.dwICC = ICC_WIN95_CLASSES;
    InitCommonControlsEx(&InitCtrls);

    CWinAppEx::InitInstance();


    // 初始化 OLE 库
    if (!AfxOleInit())
    {
        AfxMessageBox(IDP_OLE_INIT_FAILED);
        return FALSE;
    }

    AfxEnableControlContainer();

    EnableTaskbarInteraction(FALSE);

    // 使用 RichEdit 控件需要  AfxInitRichEdit2()    
    // AfxInitRichEdit2();

    // 标准初始化
    // 如果未使用这些功能并希望减小
    // 最终可执行文件的大小，则应移除下列
    // 不需要的特定初始化例程
    // 更改用于存储设置的注册表项
    // TODO: 应适当修改该字符串，
    // 例如修改为公司或组织名
    SetRegistryKey(_T("应用程序向导生成的本地应用程序"));
    LoadStdProfileSettings(4);  // 加载标准 INI 文件选项(包括 MRU)


    InitContextMenuManager();

    InitKeyboardManager();

    InitTooltipManager();
    CMFCToolTipInfo ttParams;
    ttParams.m_bVislManagerTheme = TRUE;
    theApp.GetTooltipManager()->SetTooltipParams(AFX_TOOLTIP_TYPE_ALL,
        RUNTIME_CLASS(CMFCToolTipCtrl), &ttParams);

    // 注册应用程序的文档模板。文档模板
    // 将用作文档、框架窗口和视图之间的连接
    CSingleDocTemplate* pDocTemplate;
    pDocTemplate = new CSingleDocTemplate(
        IDR_MAINFRAME,
        RUNTIME_CLASS(CSDIMFCDoc),
        RUNTIME_CLASS(CMainFrame),       // 主 SDI 框架窗口
        RUNTIME_CLASS(CSDIMFCView));
    if (!pDocTemplate)
        return FALSE;
    AddDocTemplate(pDocTemplate);


    // 分析标准 shell 命令、DDE、打开文件操作的命令行
    CCommandLineInfo cmdInfo;
    ParseCommandLine(cmdInfo);



    // 调度在命令行中指定的命令。如果
    // 用 /RegServer、/Register、/Unregserver 或 /Unregister 启动应用程序，则返回 FALSE。
    if (!ProcessShellCommand(cmdInfo))
        return FALSE;

    // 唯一的一个窗口已初始化，因此显示它并对其进行更新
    m_pMainWnd->ShowWindow(SW_SHOW);
    m_pMainWnd->UpdateWindow();
    // 仅当具有后缀时才调用 DragAcceptFiles
    //  在 SDI 应用程序中，这应在 ProcessShellCommand 之后发生
    return TRUE;
}

在上面代码中，77行代码和78行代码为窗口的显示和更新，m_pMainWnd为我们创建的窗口，按F12转到其定义为指向CWnd类型的指针，Cwnd类是MFC为我们预定义的标准窗口类，现在我们已经找到MFC程序中的窗口类，接下来就是找到MFC中是如何注册窗口的，在MFC中，窗口类的注册是由AfxEndDeferRegisterClass函数完成的，其定义在Wincore.cpp文件中，AfxEndDeferRegisterClass函数内部又是通过AfxRegisterClass函数（该函数也定义在wincore.cpp文件中）来注册窗口类，由于篇幅的问题，这里就不贴其函数的定义源码，大家可以在本机中进行查看。

3.3 创建窗口

我们已经找到了MFC设计窗口和注册的封装，接下来就是MFC程序中是如何创建一个窗口的，该功能在MFC中是由CWnd类的CreateEx函数进行完成的，该函数的声明在afxwin.h文件中，具体代码如下：

virtual BOOL CreateEx(DWORD dwExStyle, LPCTSTR lpszClassName,
        LPCTSTR lpszWindowName, DWORD dwStyle,
        int x, int y, int nWidth, int nHeight,
        HWND hWndParent, HMENU nIDorHMenu, LPVOID lpParam = NULL);

实现代码位于wincore.cpp文件中，我们程序中创建的是CMainFrame窗口，CMainFrame类继承于CFrameWndEx，该类又继承于CFrameWnd，CFrameWnd类的Create函数内部会调用CreateEx函数，而CFrameWnd的Create函数又由CFrameWnd类的LoadFrame函数调用。CFrameWnd类的Create函数声明位于afxwin.h文件中，其实现代码位于winfrm.cpp文件中，实现代码如下：

BOOL CFrameWnd::Create(LPCTSTR lpszClassName,
    LPCTSTR lpszWindowName,
    DWORD dwStyle,
    const RECT& rect,
    CWnd* pParentWnd,
    LPCTSTR lpszMenuName,
    DWORD dwExStyle,
    CCreateContext* pContext)
{
    HMENU hMenu = NULL;
    if (lpszMenuName != NULL)
    {
        // load in a menu that will get destroyed when window gets destroyed
        HINSTANCE hInst = AfxFindResourceHandle(lpszMenuName, ATL_RT_MENU);
        if ((hMenu = ::LoadMenu(hInst, lpszMenuName)) == NULL)
        {
            TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: failed to load menu for CFrameWnd.
");
            PostNcDestroy();            // perhaps delete the C++ object
            return FALSE;
        }
    }

    m_strTitle = lpszWindowName;    // save title for later

    if (!CreateEx(dwExStyle, lpszClassName, lpszWindowName, dwStyle,
        rect.left, rect.top, rect.right - rect.left, rect.bottom - rect.top,
        pParentWnd->GetSafeHwnd(), hMenu, (LPVOID)pContext))
    {
        TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: failed to create CFrameWnd.
");
        if (hMenu != NULL)
            DestroyMenu(hMenu);
        return FALSE;
    }

    return TRUE;
}

3.4 显示窗口和更新窗口

在CSDIMFCApp类的InitInstance函数内容即有窗口显示和更新窗口的代码，具体代码如下：

 // 唯一的一个窗口已初始化，因此显示它并对其进行更新
 m_pMainWnd->ShowWindow(SW_SHOW);
 m_pMainWnd->UpdateWindow();

3.5 消息循环

CWinThread类的Run函数就是完成消息循环这一任务的，该函数在AfxWinMain函数中进行了调用，其定义在thrdcore.cpp文件中，其定义代码如下所示：

// main running routine until thread exits
int CWinThread::Run()
{
    ASSERT_VALID(this);
    _AFX_THREAD_STATE* pState = AfxGetThreadState();

    // for tracking the idle time state
    BOOL bIdle = TRUE;
    LONG lIdleCount = 0;

    // acquire and dispatch messages until a WM_QUIT message is received.
    for (;;)
    {
        // phase1: check to see if we can do idle work
        while (bIdle &&
            !::PeekMessage(&(pState->m_msgCur), NULL, NULL, NULL, PM_NOREMOVE))
        {
            // call OnIdle while in bIdle state
            if (!OnIdle(lIdleCount++))
                bIdle = FALSE; // assume "no idle" state
        }

        // phase2: pump messages while available
        do
        {
            // pump message, but quit on WM_QUIT
            if (!PumpMessage())
                return ExitInstance();

            // reset "no idle" state after pumping "normal" message
            //if (IsIdleMessage(&m_msgCur))
            if (IsIdleMessage(&(pState->m_msgCur)))
            {
                bIdle = TRUE;
                lIdleCount = 0;
            }

        } while (::PeekMessage(&(pState->m_msgCur), NULL, NULL, NULL, PM_NOREMOVE));
    }
}

3.6 窗口过程函数

在AfxEndDeferRegisterClass函数中其中有一行这样的代码(下面代码红色标记处)：

BOOL AFXAPI AfxEndDeferRegisterClass(LONG fToRegister)
{
    // mask off all classes that are already registered
    AFX_MODULE_STATE* pModuleState = AfxGetModuleState();
    fToRegister &= ~pModuleState->m_fRegisteredClasses;
    if (fToRegister == 0)
        return TRUE;

    LONG fRegisteredClasses = 0;

    // common initialization
    WNDCLASS wndcls;
    memset(&wndcls, 0, sizeof(WNDCLASS));   // start with NULL defaults
    // 设置窗口过程函数，这里指定时一个默认的窗口过程
    wndcls.lpfnWndProc = DefWindowProc;
    wndcls.hInstance = AfxGetInstanceHandle();
    wndcls.hCursor = afxData.hcurArrow;
    .....
}

但实际上，MFC中并不是把所有消息都交给DefWindowProc这一默认窗口过程进行处理的，而是采用了一种称为消息映射机制来处理各种消息，MFC消息映射机制指的是可以通过类向导为类添加消息处理函数，具体操作为，在类视图中右键某个类，然后选择类向导，在弹出的MFC类向导窗体中切换到消息选项卡来添加某个消息的处理函数，下图是CMainFrame执行类向导的截图：

该过程类似.NET中WinForm中通过某个控件的事件来添加事件处理函数。（WinForm中事件对应于MFC中的消息）。

至此，我们已经分析完了MFC程序的运行机制了，可以发现其经历过程和前一专题介绍是一致，只是MFC中我们不需要自己实现这些过程了，这些都由MFC框架帮我们封装好了，从而减少开发人员的任务量，将更多的时间放在实现程序的业务逻辑上面。下面让我们一起来梳理下MFC程序的运行过程：

• 首先利用全局应用程序对象theApp启动应用程序。
• 调用全局应用程序对象的构造函数，从而会调用基类CWinApp的构造函数，后者完成一些应用程序的初始化工作。
• 进入到WinMain函数，即_tWinMain函数，在该函数中调用了AfxWinMain函数，后者获取子类（程序中指的CSDIMFCApp类）的指针，利用该指针调用InitInstance虚函数，根据多态原理，实际调用的是子类CSDIMFCApp的InitInstance函数，子类CSDIMFCApp的InitInstance函数完成应用程序的一些初始化工作，包括窗口类的注册、创建、窗口显示和更新。
• 进入消息循环。虽然注册函数中设置了默认的窗口过程函数，但是，MFC应用程序实际上采用消息映射机制来处理各种消息的，当收到WM_QUIT消息时，将退出消息循环，程序结束。

四、文档/视图结构

 我们创建的MFC程序除了主框架窗口外，还有一个窗口是视类窗口，对应于CView类，框架窗口是视类窗口的一个父窗口，它们之间的关系如下图所示。主框架窗口是整个应用程序外框所包括的部分，而视类窗口只是主框架窗口中的空白的地方。

在我们之前创建的MFC程序中还有一个CSDIMFCDoc类，它派生与CDocument类，后者的基类又是CCmdTarget，而CCmdTarget又派生于CObject类，从而，可以知道CSDIMFCDoc类不是一个窗口类，实际上它是一个文档类。MFC提供了一个文档/视图结构（Document/View），这里文档指的是CDocument类，而视图指的是CView类。微软在设计MFC时，考虑到数据本身应该与它的显示分离（这点在微软的很多技术中都有体现，例如Asp.net MVC ），于是就采用文档和视图结构来实现这一想法。数据的存储和加载由文档类来完成，数据的显示和修改由视图类来完成，从而把数据管理和显示方法分离开来。

五、小结

到此，本专题的内容就介绍结束了，本专题主要剖析了MFC框架的运行机制，从而发现MFC应用程序同样遵循Win32 SDK程序相应的过程，包括设计窗口类、注册窗口类、创建窗口、显示和更新窗口、消息循环和窗口处理过程函数，只不过这些操作都被MFC本身封装好了。